“超级稻”有望少生病少用农药

何祖华与学生在松江试验田里查看水稻抗病性情况。

某些超级稻品种产量高却抗病性差，维持高产得靠农药；某些野生稻天生抗感染力强，但却产量低下、个子矮小。是否有望让水稻少生病，保持稳定高产呢？中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队经过15年不懈追踪，终于获得突破，找到了植物广谱免疫调节的关键基因。日前，国际顶尖学术期刊《细胞》杂志在线发表了该论文。

水稻是我国最重要的粮食作物之一。水稻病虫害种类多、发生范围广，对农业生产和粮食安全带来威胁。如何能让高产稻种拥有抗感染的强壮“体魄”？何祖华研究团队从15年前就开始了锲而不舍的探索。

“为了追求产量，以往我们只关注植株漂亮、穗粒饱满的水稻。”何祖华说，抱着“天生我材必有用”的信念，他们从几千份水稻资源中收集抗病植株，潜心寻找植物广谱抗病的机理。

功夫不负有心人，研究团队终于解开了这个谜团。原来，水稻的免疫系统受到钙离子新感受子ROD1的精细调控。以往科学家发现的钙离子信号，多为激起免疫系统抵御“外敌”，但ROD1的主要功能却是“催眠”免疫系统——平时它会降解具有免疫活性的超氧分子ROS，使其处于低水平活动；当有病原菌侵袭时，ROD1就会被降解，从而解除对免疫系统的“催眠”，使它们奋勇“杀敌”，保卫植株健康。

“植物的这种策略非常聪明，令人意想不到。”何祖华解释，维持免疫系统高效运转，需要消耗大量能量，如果一直处于这种状态，会对植物生长、繁殖造成不利影响。ROD1的存在，可以让植物在没有感染时集中能量长个子、结穗子，当有病害相侵时再调动免疫系统与之对抗，不至于迅速发病枯死，并能繁殖后代。

与此同时，科学家还发现，病原菌和植物长期处于“军备竞赛”的协同进化过程中。研究发现，水稻稻瘟病菌会进化出模拟ROD1结构的毒性蛋白，在植物体内盗用ROD1的免疫抑制途径，实现侵染的目的。

“更有趣的是，由于植物无法逃避病原菌的侵染，因此进化出了与病原菌‘共存’的策略。”论文共同通讯作者、分子植物卓越中心研究员杨卫兵介绍，植物会适当减弱自己的抗病能力，来保证其生长繁殖，延续后代，让植物抗病性与繁殖力维持相对平衡的水平——这就是植物聪明的生存之道。

这一系列发现为植物免疫领域研究提供了重要的新启示。该研究首次说明了作物能够选择与气候或栽培条件相适应的免疫策略，让植物抗病能力与生长发育即环境适应性达到最佳平衡。论文审稿人表示： “这是一项非常精彩的工作，数据详实丰富、发现令人振奋。”

何祖华表示，接下来研究组将进一步挖掘ROD1的育种应用价值。通过对3000多种不同水稻品种的基因序列分析，他们已经发现，ROD1单个氨基酸的改变可以影响其抗性和地理分布。这说明，作物抗病性还受地域起源的选择，因此该发现也丰富了作物驯化的理论基础。

此外，研究团队发现，ROD1的功能在禾谷类作物中相当保守。因此，他们提出，可以通过基因编辑或操纵这类新的感病基因，实现广谱抗病的新策略。这对培育高产高抗的作物品种具有重要的指导意义和应用潜力。（记者 许琦敏）